Capacitores 101

Aqui está um pouco da teoria, apenas para ajudar a entender o que é um capacitor e o que ele faz geralmente. Um capacitor é um pequeno componente elétrico/eletrônico (na maioria das vezes) encontrado na maioria das placas de circuito que pode desempenhar várias funções. Quando um capacitor é colocado em um circuito com corrente ativa, os elétrons do lado negativo se acumulam na placa mais próxima. O negativo flui para o positivo — é por isso que o negativo é o terminal ativo, embora muitos capacitores não sejam polarizados. Assim que a placa não consegue mais retê-los, eles são forçados a passar pelo dielétrico para a outra placa, deslocando assim os elétrons de volta para o circuito. Isso é chamado de descarga. Componentes elétricos são muito sensíveis a oscilações de tensão e, por isso, um pico de tensão pode destruir essas peças caras. Os capacitores condicionam a tensão CC para outros componentes e, assim, fornecem uma fonte de alimentação estável. A corrente CA é retificada por diodos, então, em vez de CA, existem pulsos de CC de zero volts até o pico. Quando um capacitor da linha de energia é conectado ao terra, a CC não passa, mas à medida que o pulso preenche o capacitor, ele reduz o fluxo de corrente e a tensão efetiva. Enquanto a tensão de alimentação cai para zero, o capacitor começa a liberar seu conteúdo, o que suavizará a tensão e a corrente de saída. Portanto, um capacitor é colocado em linha com um componente, permitindo a absorção de picos e o complemento de vales, o que, por sua vez, mantém uma fonte de alimentação constante para o componente.

Existem diversos tipos de capacitores. Eles são frequentemente usados de formas diferentes nos circuitos. Os capacitores do tipo lata redonda, muito familiares, geralmente são capacitores eletrolíticos. Eles são feitos com uma ou duas folhas de metal, separadas por um dielétrico. O dielétrico pode ser ar (o capacitor mais simples) ou outros materiais não condutores. As folhas das placas de metal, separadas pelo dielétrico, são então enroladas, de forma semelhante a um rocambole, e colocadas dentro da lata. Eles funcionam muito bem para filtragem em massa, mas não são muito eficientes em altas frequências.

Aqui está um capacitor que alguns talvez ainda se lembrem dos velhos tempos do rádio. É um capacitor de lata com múltiplas seções. Este em particular é um capacitor de seção quádrupla (4). Tudo o que isso significa é que existem quatro capacitores separados, com valores diferentes, contidos em uma única lata.

Os capacitores de disco cerâmico são ideais para frequências mais altas, mas não são bons para filtragem em massa, porque ficam muito grandes para valores mais altos de capacitância. Em circuitos onde é vital manter uma fonte de tensão estável, geralmente há um grande capacitor eletrolítico em paralelo com um capacitor de disco cerâmico. O eletrolítico fará a maior parte do trabalho, enquanto o pequeno capacitor de disco cerâmico filtrará a alta frequência que o grande capacitor eletrolítico deixa passar.

Depois, existem os capacitores de tântalo. Eles são pequenos, mas possuem uma capacitância maior em relação ao seu tamanho do que os capacitores de disco cerâmico. São mais caros, mas encontram muito uso nas placas de circuito de pequenos dispositivos eletrônicos.

Embora não polarizados, os capacitores de papel antigos tinham faixas pretas em uma extremidade. A faixa preta indicava qual extremidade do capacitor de papel tinha alguma folha de metal (que atuava como uma blindagem). A extremidade com a folha de metal era conectada ao terra (ou à tensão mais baixa). O objetivo principal da blindagem de folha era fazer com que o capacitor de papel durasse mais.

Aqui está aquele em que provavelmente estamos mais interessados quando se trata de iDevices. Eles são muito pequenos em comparação com os capacitores listados anteriormente. São os capacitores de Dispositivo de Montagem em Superfície (SMD). Mesmo sendo minúsculos em tamanho comparados aos capacitores anteriores, a função continua sendo a mesma. Uma das importâncias, além dos valores desses capacitores, é o seu "invólucro". Existe uma padronização para o tamanho desses componentes, por exemplo, o invólucro 0201 - 0,6 mm x 0,3 mm (0,02" x 0,01"). O tamanho do invólucro para os capacitores SMD cerâmicos segue o mesmo padrão dos resistores SMD. Isso torna quase impossível determinar se é um capacitor ou um resistor apenas visualmente. Aqui está uma boa descrição do tamanho individual com base nos números do invólucro.

SMDs em uma PCI

SMDs grandes

Determinar o valor de um capacitor pode ser feito de algumas maneiras. A primeira, é claro, é a marcação no próprio capacitor.

Este capacitor em particular tem uma capacitância de 220μF (microfarad) com uma tolerância de 20 %. Isso significa que ele pode estar entre 176μF e 264μF. Ele tem uma classificação de tensão de 160V. A disposição dos terminais mostra que é um capacitor radial. Ambos os terminais saem de um lado, em contraste com um arranjo axial, onde um terminal sai de cada lado do corpo do capacitor. Além disso, a faixa com seta na lateral do capacitor indica a polaridade; as setas apontam para o pino negativo.

Agora, a pergunta principal aqui é como verificar um capacitor para ver se ele precisa ser substituído.

Para verificar um capacitor enquanto ele ainda está instalado em um circuito, será necessário um medidor de ESR. Se o capacitor for removido do circuito, um multímetro configurado como ohmímetro pode ser usado, mas apenas para realizar um teste de tudo ou nada. Este teste mostrará apenas se o capacitor está completamente morto ou não. Ele não determinará se o capacitor está em boas ou más condições. Para determinar se um capacitor está funcionando com o valor correto (capacitância), será necessário um testador de capacitores. Obviamente, isso também vale para determinar o valor de um capacitor desconhecido.

O medidor usado para este Wiki é o mais barato disponível em qualquer loja de departamentos. Para esses testes, também é aconselhável usar um multímetro analógico. Ele mostrará o movimento de uma forma mais visual do que um multímetro digital, que apenas exibe números mudando rapidamente. Isso deve permitir que qualquer pessoa realize esses testes sem gastar uma fortuna em algo como um medidor Fluke.

Sempre descarregue um capacitor antes de testá-lo; será uma surpresa chocante se isso não for feito. Capacitores muito pequenos podem ser descarregados unindo ambos os terminais com uma chave de fenda. Uma maneira melhor de fazer isso seria descarregar o capacitor através de uma carga. Nesse caso, cabos jacaré e um resistor realizarão isso. Aqui está um ótimo site mostrando como construir ferramentas de descarga.

Para testar o capacitor com um multímetro, ajuste o medidor para ler na faixa de ohms altos, algo acima de 10k e 1M ohms. Toque as pontas de prova do medidor nos terminais correspondentes do capacitor, vermelho no positivo e preto no negativo. O medidor deve começar em zero e depois mover-se lentamente em direção ao infinito. Isso significa que o capacitor está em condições de funcionamento. Se o medidor permanecer em zero, o capacitor não está carregando através da bateria do medidor, o que significa que não está funcionando.

Isso também funcionará com capacitores SMD. O mesmo teste com o ponteiro do multímetro movendo-se lentamente na mesma direção.

Mais um teste que se pode fazer em um capacitor é um teste de tensão. Sabemos que os capacitores armazenam uma diferença de potencial de carga em suas placas, que são tensões. Um capacitor tem um ânodo que tem uma tensão positiva e um cátodo que tem uma tensão negativa. Uma maneira de verificar se um capacitor está funcionando é carregá-lo com uma tensão e depois ler a tensão através do ânodo e do cátodo. Para isso, é necessário carregar o capacitor com tensão e aplicar uma tensão CC nos terminais do capacitor. Nesse caso, a polaridade é muito importante. Se este capacitor tiver um terminal positivo e um negativo, é um capacitor polarizado (capacitores eletrolíticos). A tensão positiva irá para o ânodo e a negativa para o cátodo do capacitor. Lembre-se de verificar as marcações no capacitor a ser testado. Em seguida, aplique uma tensão, que deve ser menor que a tensão nominal do capacitor, por alguns segundos. Neste exemplo, o capacitor de 160V será carregado com uma bateria de 9V CC por alguns segundos.

Após o carregamento, desconecte a bateria do capacitor. Use o multímetro e leia a tensão nos terminais do capacitor. A tensão deve marcar perto de 9 volts. A tensão descarregará rapidamente para 0V porque o capacitor está descarregando através do multímetro. Se o capacitor não retiver essa tensão, ele está com defeito e deve ser substituído.

O mais fácil, é claro, será verificar um capacitor com um medidor de capacitância. Aqui está um FRAKO axial GPF 1000μF 40V com uma tolerância de 5 %. Verificar este capacitor com um medidor de capacitância é simples. Nesses capacitores, o terminal positivo é marcado. Conecte o terminal positivo (vermelho) do medidor a ele e o negativo (preto) ao oposto. Este capacitor mostra 1038μF, claramente dentro de sua tolerância.

Testar um capacitor SMD pode ser difícil de fazer com pontas de prova volumosas. Pode-se soldar agulhas nas pontas dessas sondas ou investir em algumas pinças inteligentes. A maneira preferida seria usar pinças inteligentes.

Alguns capacitores não requerem nenhum teste para determinar a falha. Se uma inspeção visual dos capacitores revelar qualquer sinal de topos estufados, eles precisam ser substituídos. Essa é a falha mais comum em fontes de alimentação. Ao substituir um capacitor, é de extrema importância substituí-lo por um capacitor de mesmo valor ou superior. Nunca substitua por um capacitor de valor menor.

Se o capacitor que vai ser substituído ou verificado não tiver nenhuma marcação, um diagrama será necessário. A imagem abaixo de aqui mostra alguns símbolos para capacitores que são usados em um diagrama.

Este trecho de um diagrama de iPhone indica o símbolo para capacitores, bem como os valores para esses capacitores.

Este Wiki é basicamente apenas o básico sobre o que procurar em um capacitor, não está de forma alguma completo. Para aprender mais sobre qualquer um dos componentes eletrônicos comuns, há uma infinidade de bons cursos online e offline disponíveis.

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